Лазерные сканеры SLAM

Мобильный лазерные 3D сканеры SLAM

Лазерные 3D сканеры - это устройства, которые позволяют собирать и фиксировать информацию об окружающих объектах. Собранную информацию можно отображать на компьютере в виде оцифрованных трехмерных координат - облаков точек. В последнее время широкое распространение получили лазерные сканеры на технологии SLAM, они относятся к мобильным сканерам и имеют как и преимущества, так и недостатки.

Основной недостаток - это точность, абсолютная точность облака точек полученная SLAM сканером будет около 3 см. Далее начинаются только плюсы:

• быстрая съемка, т.к. это мобильные сканеры, можно снимать с руки, с квадрокоптера, электросамоката, квадроцикла или с автомобиля в движении;
• результат сканирования онлайн отображается на экране приложения, можно сразу доснять пропущенные зоны;
• на открытых участках для повышения точности можно привязывать трек на местности с помощью GNSS;
• SLAM сканеры могут работать и без GNSS приемника, например, в шахтах, пещерах, внутри зданий, в лесу;
• на выходе получается зарегистрированное облако точек.

Что такое лазерный 3D сканеры с технологией SLAM?

Технология SLAM (одновременная локализация и построение карты окружающего пространства) позволяет устройству определять свое местоположение (позиционировать себя) и перемещаться в пространстве анализируя положение окружающих объектов. Иногда SLAM называют CML (параллельное отображение и локализация), данную технологию разработали для роботов и беспилотных устройств. 

Роботы-пылесосы планируют свои траектории перемещения по помещению и отслеживают, где они находятся, распознают мебель, стены и углы. Беспилотные транспортные средства работают аналогичным образом, составляя карту окружающего пространства и анализируя отсканированные объекты: дороги, деревья или знаки.

SLAM сканеры используется для решения картографических и геодезических задач, с их помощью считают объемы сыпучих материалов и выработку на карьерах, чертят кадастровые планы, делают топосъемку, подеревную съемку для таксации.

3D-сканеры SLAM могут использоваться в iMMS (мобильные картографические системы для помещений), которые относится к более широкой экосистеме MMS (мобильных картографических систем). Системы IMMS оптимизированы для картографирования внутри помещений, хотя часто они способны выполнять 3D-сканирование и на открытом воздухе, для крупных инфраструктур, строительных площадок, шахт или даже лесов. MMS системы в основном используют на автомобилях, летательных аппаратах, поездах и лодках для съемки обширных участков местности.

Хотя большинство 3D-сканеров на базе SLAM используют технологию LiDAR, не все лазерные сканеры LiDAR поддерживают технологию SLAM.

Как работает SLAM?

На самом деле SLAM - это совокупность алгоритмов, которые обрабатывают данные, полученные с нескольких устройств (сенсоров). Существуют различные типы датчиков – или источников информации:

• IMU (инерциальный измерительный блок, который сам по себе представляет собой комбинацию датчиков);
• 2D или 3D LiDAR;
• изображения или фотограмметрия (VSLAM - Visual SLAM);
• GNSS (позиционирование на местности по средствам спутникового приемника).

При 3D-сканировании алгоритмы SLAM объединяют и используют наборы данных, собранные из одного или нескольких из этих источников, для отслеживания положения сканера, создавая точное, полное 3D-облако точек окружающего пространства.

Для каких задач применяют лазерные SLAM сканеры

Лазерные SLAM сканеры применяются в широком спектре задач, связанных с точным сбором и обработкой пространственной информации. Их популярность обусловлена способностью получать точные и детализированные цифровые модели объектов и территорий без привязки за короткое время. Рассмотрим подробнее основные сферы применения:

1. Архитектура и строительство:

•  создание виртуальной модели помещения или здания для дальнейшего проектирования;
• планировка реконструкционных работ, контроль соответствия выполненных проектов исходному плану;
• подготовка документации для сдачи объекта и дальнейшее сопровождение эксплуатации сооружения.

2. Инженерные обследования:

• планировка расстановки промышленного оборудования, машин и механизмов;
• обнаружение повреждений и деформация конструктивных элементов строений;
• проведение инспекции мостов, тоннелей, шахт и подземных коммуникаций.

3. Картография и геодезия:

• детальное цифровое моделирование участков земли и городских районов;
• сбор информации для составления топографических карт и подготовки кадастровых документов;
• регистрация изменений рельефа и поверхности, вызванных природными явлениями или деятельностью человека.

4. Безопасность и предотвращение чрезвычайных ситуаций:

• оперативное обследование потенциально опасных зон (например, шахтерские выработки, пещеры, подземелья);
• поддержка служб спасения при поиске пострадавших и создании ситуационной обстановки места происшествия.

5. Культурное наследие и археология:

• высокодетальная фиксация исторических памятников и артефактов для архивирования и реставрации;
• исследование древних поселений и культур, изучение скрытых структур и интерьеров.

Таким образом, лазерные SLAM сканеры стали неотъемлемой частью современного цифрового мира, предоставляя уникальные инструменты для повышения эффективности и безопасности в самых разных отраслях экономики и науки.

Какие преимущества у SLAM сканеров

Преимущества SLAM сканеров обусловлены уникальной технологией Simultaneous Localization and Mapping (Одновременная локализация и построение карты), которая позволила сделать такие приборы особенно востребованными и эффективными в работе с пространственными данными. Давайте рассмотрим основные плюсы:

1. Работа в помещении и отсутствие зависимости от GPS

SLAM сканеры работают независимо от наличия спутникового сигнала, что позволяет применять их в зданиях, туннелях, пещерах и любых закрытых помещениях, где обычный приемник GPS бесполезен. Для привязки облака точек достаточно иметь марки с координатами.

2. Высокоскоростная обработка данных

Современные SLAM сканеры оснащены высокоскоростными многоканальными лидарами, мощными процессорами, которые мгновенно создают высокоточную 3D-карту окружающего пространства, что существенно ускоряет рабочий процесс.

3. Автоматическая обработка облака точек

Программное обеспечение позволяет получать на выходе готовое уравненное облако точек в местной системе координат.

4. Уменьшение человеческого фактора - повышенная надежность и точность результата

SLAM сканеры отличаются высокой автоматизацией процесса сканирование и обработки облаков точек, это позволяется свести к минимуму влияние человеческого фактора на итоговый результат.

5. Простота эксплуатации и легкость переноски

Для того чтобы, работать SLAM сканером не нужно иметь специализированного образования. Компактные размеры и небольшой вес делают SLAM сканеры удобным инструментом для ежедневного использования, транспортировки и установки в труднодоступных местах.

6. Минимальное вмешательство в деятельность объекта

Поскольку процедура сканирования занимает минимум времени и не требует остановки производственного процесса, такие сканеры прекрасно подходят для обследований действующих предприятий и учреждений.

7. Поддержка экспорта данных в популярных форматах

Возможность сохранения данных в стандартных форматах (LAS, XYZ, OBJ и др.) упрощает интеграцию с любыми специализированными программами для последующей обработки и анализа.

8. Экономичность и оперативность

Высокая производительность приборов снижает временные затраты на проведение замеров, что уменьшает общие расходы и повышает общую рентабельность работ.

9. Доступная цена

Стоимость SLAM сканеров значительно ниже, чем наземных сканеров и даже некоторых тахеометров. Итоги: использование SLAM технологий выводит методы съёмки и моделирования объектов на качественно новый уровень, предлагая пользователям современные и надежные инструменты по доступной цене.

Такие приборы становятся всё более распространёнными в геодезии, проектировании, обследовании, архитектуре, строительстве, промышленности и многих других направлениях современной индустрии.